JP7157356B2 - 光学部品及び光学部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学部品及び光学部品の製造方法に関する。

特許文献１に記載の光学部品は、アルミナ等の光取出し部材に、金属膜を介して、透光部材が固定されている（例えば、特許文献１の図２参照。）。

特開２０１５－０１９０１３

このような光学部品は、金属膜が劣化することにより、輝度が低下する場合がある。

本発明の一形態に係る光学部品は、上面、下面及び側面を有する透光部材と、前記透光部材を取り囲むように前記透光部材の側方に設けられた光反射部材と、を備える。前記光反射部材は、複数の空隙を含むセラミックスからなり、前記透光部材及び前記光反射部材を横切る一断面において、前記複数の空隙は前記透光部材の近傍に偏在している。

本発明の一形態に係る光学部品の製造方法は、上面、下面、及び側面を有する透光部材を準備する工程と、前記透光部材を取り囲むように前記透光部材の側方に無機材料からなる光反射粉末を含む成形体を形成する工程と、前記光反射粉末の焼結体を含む光反射部材と前記透光部材とが一体に形成され、前記透光部材及び前記光反射部材を横切る一断面で、前記光反射部材において前記透光部材の近傍に複数の空隙が偏在するように前記成形体を焼結する工程と、を有する。

上記の光学部品によれば、輝度の低下を低減し、且つ、強度を確保した光学部品とすることができる。

また、上記の光学部品の製造方法によれば、輝度の低下を低減し、且つ、強度を確保した光学部品を容易に製造することができる。

図１Ａは、第１実施形態に係る光学部品の上面図である。 図１Ｂは、図１Ａの１Ｂ－１Ｂ線における断面図である。 図２Ａは、第１実施形態に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。 図２Ｂは、図２Ａの２Ｂ－２Ｂ線における断面図である。 図３Ａは、第１実施形態に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。 図３Ｂは、図３Ａの３Ｂ－３Ｂ線における断面図である。 図４Ａは、第１実施形態に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。 図４Ｂは、図４Ａの４Ｂ－４Ｂ線における断面図である。 図５Ａは、第１実施形態に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。 図５Ｂは、図５Ａの５Ｂ－５Ｂ線における断面図である。 図６Ａは、第１実施形態に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。 図６Ｂは、図６Ａの６Ｂ－６Ｂ線における断面図である。 図７Ａは、第１実施形態に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。 図７Ｂは、図７Ａの７Ｂ－７Ｂ線における断面図である。 図８Ａは、光学部品を上面側から観察した二次電子像である。 図８Ｂは、図８ＡのＡ領域におけるＳＥＭ画像である。 図８Ｃは、図８ＡのＢ領域におけるＳＥＭ画像である。 図９は、第２実施形態に係る光学部品と発光素子とを組み合わせた発光装置の図である。 図１０Ａは、第３実施形態に係る光学部品と発光素子とを組み合わせた発光装置の上面図である。 図１０Ｂは、図１０Ａの１０Ｂ－１０Ｂ線における断面図である。 図１１は、実施例に係る光学部品を上面側から観察した写真である。

本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら以下に説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。

＜第１実施形態＞
図１Ａに第１実施形態に係る光学部品１０の上面図を示す。また、図１Ｂは図１Ａの１Ｂ－１Ｂ線における断面図である。

光学部品１０は、上面、下面及び側面を有する透光部材１と、透光部材１を取り囲むように透光部材１の側方に設けられた光反射部材２と、を備える。光反射部材２は、複数の空隙を含むセラミックスからなり、透光部材１及び光反射部材２を横切る一断面において、複数の空隙は透光部材１の近傍に偏在している。

光学部品１０によれば、光反射部材２での透過率を低減することができ、且つ、強度も確保した光学部品１０とすることができる。以下、この点について説明する。

従来の光学部品においては、透光部材と光取出し部材との間に金属膜を設け、透光部材から光取出し部材に向かう光を金属膜で反射させて取り出している。しかしながら、例えば、車に搭載する場合は、車が沿岸部に配置されることにより塩害等で金属膜が劣化する場合がある。この場合に、光取出し効率が低下する。そこで、金属膜を用いずに、セラミックスからなる光反射部材を透光部材の周囲に設けることが考えられる。この場合に、透光部材から光反射部材に向かう光の透過を抑制して効率的に反射させるために、光反射部材の気孔率を高くすることが考えられるが、全体的に気孔率を高くすると光反射部材の強度が低下してしまう。

そこで本願発明者は、光反射部材２として、透光部材１及び光反射部材２を横切る一断面で、複数の空隙が透光部材１の近傍に偏在するセラミックスを用いている。つまり、光反射部材２として、透光部材１に近い側から順に、第１気孔率の第１領域２ａと、第１気孔率よりも気孔率が低い第２気孔率の第２領域２ｂと、を有するセラミックスを用いている。これにより、透光部材１からの光が透過することを第１領域２ａで低減しつつ、光学部品１０としての強度を第２領域２ｂで確保することができる。したがって、輝度の低下を低減し、且つ、強度を確保した光学部品１０とすることができる。

以下、光学部品１０の構成要素について説明する。

（透光部材１）
透光部材１は、発光素子等からの光を透過する材料からなる。透光部材１としては、光反射部材２の焼結温度で溶融しない材料を用いることができる。本実施形態では、透光部材１として、蛍光体を含むセラミックス(以下、「蛍光体セラミックス」という。)を用いている。蛍光体セラミックスでは、その内部で光が散乱しやすくなるため光反射部材２に光が当たりやすくなる。したがって、第１領域２ａで光の透過を抑制する効果がより顕著となる。さらに、光反射部材２のうち、気孔率の高い第１領域２ａに比べて、気孔率の低い第２領域２ｂは放熱性に優れる。したがって、蛍光体で生じた熱を、第１領域２ａを介して、第２領域２ｂで効果的に放散させることができる。なお、ここでは、透光部材１として蛍光体セラミックスを用いているが、蛍光体の単結晶を用いてもよい。この場合でも、本実施形態によれば、蛍光体からの熱を光反射部材２の第２領域２ｂに効率よく放散させることができる。

透光部材１と光反射部材２との間に透光性の他の部材を介在させてもよいが、本実施形態では、透光部材１が光反射部材２の側面に接するようにしている。つまり、透光部材１と光反射部材２とが、他の部材を介することなく直接接している。これにより、他の部材により光が吸収されることがないので、光取出し効率が向上する。また、透光部材１に蛍光体が含まれる場合は、他の部材を介する場合と比較して蛍光体で生じる熱を放散しやすくすることができる。

本実施形態では、蛍光体セラミックスとして、蛍光体と無機材料からなる結着剤とを含むものを用いている。具体的には、蛍光体としてＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）系蛍光体を用いており、結着剤として酸化アルミニウムを用いている。また、光反射部材２として、酸化アルミニムを主成分として含む材料を用いている。
このように、透光部材１に含まれる結着剤に光反射部材２と同じ材料を含む場合は、透光部材１と光反射部材２との密着力を高くすることができる。

蛍光体としては、透光部材１と光反射部材２との密着力を高くするために、光反射部材２の線膨張係数に近い線膨張係数を有する蛍光体を用いることが好ましい。光反射部材２として酸化アルミニウムを主成分として含む材料を用いる場合は、これに近い線膨張係数を有する蛍光体として、ＹＡＧ系蛍光体が挙げられる。ＹＡＧ系蛍光体には、例えばＹの少なくとも一部をＴｂに置換したものや、Ｙの少なくとも一部をＬｕに置換したものも含まれる。また、ＹＡＧ系蛍光体は、組成中にＧｄやＧａ等が含まれるものであってもよい。蛍光体にＹＡＧ系蛍光体を用い、光反射部材２に酸化アルミニウムを用いる場合、同様の理由により、透光部材１に含まれる結着剤は、酸化アルミニウムであることが好ましい。結着剤としては、他にも、例えば、賦活剤を含まないＹＡＧ、酸化イットリウムを用いることができる。結着剤を含むことにより、蛍光体の含有量を調整することができるため、透光部材１から出ていく光の色を調整しやすくすることができる。

透光部材１としては、他にも、蛍光体を含まないサファイア、透光性アルミナ、石英などを用いることができる。透光部材１に蛍光体が含まれない場合でも、透光部材１で散乱等した光を光反射部材２の第１領域２ａで効率よく反射させることができるとともに、光反射部材２の第２領域２ｂで光学部品１０の強度を確保することができる。

本実施形態では、透光部材１は、四角柱であり、その上面が一方向に長い長方形である。この他にも、円柱、多角柱、多角錘台、円錐台とすることができ、中でも円柱又は円錐台とすることが好ましい。円柱又は円錐台の場合は、第１領域２ａの幅（上面から見て、円形状である透光部材１の中心を通る直線と第１領域２ａとが重なった部分の長さ）を一定に近づけることができるため、発光むらを低減しやすくすることができる。

（光反射部材２）
光反射部材２は、透光部材１を取り囲むように透光部材１の側方に設けられている。言い換えると、光反射部材２には上下方向に貫通する貫通孔が設けられており、貫通孔の内部に透光部材１が設けられている。そして、透光部材１の上面及び透光部材１の下面が光反射部材２から露出している。

光反射部材２は、複数の空隙を含むセラミックスからなる。透光部材１と光反射部材２とを横切る一断面において、複数の空隙は透光部材１の近傍に偏在している。つまり、第１気孔率の第１領域２ａと、第１気孔率よりも気孔率が低い第２気孔率の第２領域２ｂと、を透光部材１に近い側から順に有する。仮に、光反射部材の全体の気孔率を低くすると、強度は高くなるものの透過率が低下してしまう。これは光反射部材２の内部における界面が減るため、光反射部材２の内部に入射した光が伝搬しやすくなるためである。また、仮に、光反射部材の全体の気孔率を高くすると、透過率は低くなるものの強度が低下してしまう。これに対して、本実施形態では、透光部材１に接するようにして気孔率が比較的高い第１領域２ａを設けることにより、透光部材１の近傍では光を効率的に反射させている。さらに、第１領域２ａの外側においては、気孔率が比較的低い第２領域２ｂを設けることにより、強度を向上させるとともに、放熱性を向上させている。なお、本明細書において、第１領域２ａと第２領域２ｂとは同じ部材の中にあり、同じ組成を有するものである。つまり、異なる部材同士が接合されているものは本明細書における第１領域２ａ及び第２領域２ｂではない。これにより、異なる部材同士が接合されている場合よりも、第１領域２ａと第２領域２ｂとの間での剥離を起こりにくくすることができる。

透光部材１の全周囲において、第１領域２ａの幅（上方から見て、光学部品１０の中心部を通る直線と第１領域２ａとが重なった部分の長さ）は直線における第２領域２ｂの幅（上方から見て、光学部品１０の中心部を通る直線と第２領域２ｂとが重なった部分の長さ）よりも狭いことが好ましい。これにより、光反射部材２の強度を確保しやすくすることができる。

第１領域２ａの幅は、５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲で設定することが好ましく、１００μｍ以上２５０μｍ以下の範囲で設定することがより好ましい。５０μｍ以上の範囲で設定することにより、光反射部材２に向かう光が透過することを低減しやすくすることができる。また、３００μｍ以下の範囲で設定することにより、透光部材１として蛍光体を含む部材を用いる場合に、気孔率が低く放熱性が高い第２領域２ｂまでの距離を小さくすることができるため、蛍光体からの熱を放散しやすくすることができる。

透光部材１の全周囲において第１領域２ａの幅を一定とすることが好ましいが、本実施形態のように異なっていてもよい。一例として、光学部品１０を上方から見たときに、透光部材１の外形及び光反射部材２の外形がともに矩形で、両者それぞれの中心部が一致し、且つ両者それぞれの一構成辺が互いに平行である場合を想定する。ここで、透光部材１の中心部を通り透光部材１の一構成辺に垂直をなす直線（以下「Ｌ１」という。）と第１領域２ａとが重なった部分の距離を「Ｄ１ａ」とし、Ｌ１と第２領域２ｂとが重なった部分の距離を「Ｄ１ｂ」とし、透光部材１の中心部を通りＬ１に垂直をなす直線(以下「Ｌ２」という。)と第１領域２ａとが重なった部分の距離を「Ｄ２ａ」とし、Ｌ２と第２領域２ｂとが重なった部分の距離を「Ｄ２ｂ」とする。この場合、例えば、Ｄ１ａがＤ２ａよりも大きければ、Ｄ１ｂをＤ２ｂよりも大きくすることが好ましい。第１領域２ａの幅が大きければ第１領域２ａで光を反射しやすくなる反面、強度が低下しやすくなる。しかし、このような場合であっても、幅が大きい第１領域２ａの近傍に位置する第２領域２ｂの幅を大きくすることで、光学部品１０としての強度の低下も抑制することができる。

図１Ｂに示すように、第１領域２ａは透光部材１の側面の上端から下端に亘って配置されていることが好ましい。これにより、透光部材１の側面全域で光の透過を低減することができる。

光反射部材２としては、酸化アルミニウムの他に、例えば、酸化ジルコニウム、酸化チタンを用いることができる。また、光反射部材２は、主材料と異なる材料からなる添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、酸化イットリム、酸化ジルコニウム、窒化ホウ素、酸化ルテチウム、酸化ランタンが挙げられる。これらの材料によれば、光反射部材２の光透過率を低減することができる。

上述のとおり、第１領域２ａは気孔率が高く、第２領域２ｂは気孔率が低い。例えば、後述する実施例で説明するように落射型の顕微鏡を用いて光学部品を暗視野観察することにより、気孔率が高い領域（第１領域）と気孔率が低い領域（第２領域）とを見分けることができる。他にも、光反射部材２を走査電子顕微鏡にて観察することで、気孔率の違いを把握することができる。なお、光反射部材２において、「複数の空隙が透光部材１に近い側に偏在している」とは、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したときの、透光部材１の表面と透光部材１の表面から３００μｍの線とで挟まれた領域における空隙の密度が、それよりも外側の領域における空隙の密度よりも高いことを指す

（その他）
透光部材１として蛍光体を含む部材を用いる場合は、透光部材１の上面、光反射部材２の上面、透光部材１の下面、及び光反射部材２の下面の少なくともいずれかに、透光性の放熱部材３が設けられていることが好ましい。第１領域２ａでは気孔率が高いことにより放熱性が低下するおそれがあるが、放熱部材３を設けることにより透光部材１で生じる熱を放熱部材３で放散することができ、透光部材１の温度特性を向上させることができる。
放熱部材３は、排熱性の向上のために、透光部材１及び光反射部材２の少なくとも一方に、直接設けられていることが好ましい。ただし、透光部材１から放熱部材３に向かう光を反射させるフィルタ４を放熱部材３に設けている場合は、フィルタ４を介して間接的に透光部材１及び光反射部材２の少なくとも一方に設けられていてもよい。

次に、図２Ａ～図７Ｂを参照しながら、光学部品１０の製造方法を説明する。

光学部品１０の製造方法は、上面、下面、及び側面を有する透光部材１を準備する工程と、透光部材１を取り囲むように透光部材１の側方に無機材料からなる光反射粉末を含む成形体２ｄを形成する工程と、光反射粉末の焼結体を含む光反射部材と透光部材とが一体に形成され、透光部材１及び光反射部材２を横切る一断面で、光反射部材２において透光部材１の近傍に複数の空隙が偏在するように成形体２ｄを焼結する工程と、を有する。

これにより、輝度の低下を低減し、且つ、強度を確保した光学部品１０を容易に製造することができる。

以下で、光学部品１０の製造方法に含まれる各工程について説明する。ここで、同一の名称、符号については、上記で説明したものと同一もしくは同質の部材を示しているため、重複した説明は適宜省略する。

（透光部材１を準備する工程）
まず、上面、下面、及び側面を有する透光部材１を準備する。本実施形態では、複数の透光部材１を準備している。これにより、１回の焼結で複数の透光部材１を備える光学部品１０を得ることができるため、量産性を向上させることができる。

（透光部材１を支持部材４０に仮止めする工程）
次に、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、透光部材１を支持部材４０に仮止めする。これにより、光反射粉末を含む成形体２ｄを形成する工程において、透光部材１が転倒することを抑制することができる。また、隣り合う透光部材１の距離を一定に保つことができる。本実施形態では、透光部材１と支持部材４０との間のみに樹脂を設け、透光部材１を支持部材４０に仮止めしている。これにより、透光部材１及び成形体２ｄから支持部材４０を除去する工程において、過度に力を入れることなく支持部材４０を除去しやすくすることができる。なお、作業性を考慮すれば支持部材４０を用いることが好ましいものの、必ずしも支持部材４０を用いる必要はない。

支持部材４０の材料は成形体２ｄを形成する工程において用いる方法に合わせて選択することができる。本実施形態では、スリップキャスト法（泥漿鋳込み成形法）により成形体２ｄを形成しているため、支持部材４０として石膏を用いている。

成形体２ｄを形成する際にスリップキャスト法を用いる場合は、石膏の上面の全面に接着剤を塗布するとスラリーに含まれる水分を石膏に吸わせる際に、吸いムラができ、クラックが入るおそれがある。そこで、ここでは、透光部材１と支持部材４０との間のみに樹脂を設けることにより、吸いムラを抑制している。樹脂としては、例えば、アクリル系のものを用いることができる。これにより、スラリーに含まれる結合剤と樹脂とが反応することにより樹脂に含まれる成分がスラリーに入ることを抑制することができる。

透光部材１と隣り合う透光部材１とは、所定の間隔を置いて、支持部材４０の上面に仮止めされている。ある透光部材１の側面から隣り合う透光部材１の側面までの距離は、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲とすることができる。１ｍｍ以上とすることにより、第２領域２ｂの幅を確保しやすく、１０ｍｍ以下とすることにより、１回の焼結で得られる光学部品に含まれる透光部材１の数を増やすことができる。

（光反射粉末を含む成形体２ｄを形成する工程）
次に、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、及び図４Ｂに示すように、透光部材１を取り囲むように透光部材１の側方に無機材料からなる光反射粉末を含む成形体２ｄを形成する。本実施形態では、複数の透光部材１それぞれを取り囲むように透光部材１のそれぞれの側面に成形体２ｄを形成している。

成形体２ｄは、スリップキャスト法、ドクターブレード法（シート成形法）、乾式成形法などを用いて成形することができる。ドクターブレード法を用いる場合は、具体的には、透光部材を覆うように添加剤を混ぜたスラリーをシート状に塗布した後に、スラリーがシート状に塗布されたグリーンシートを乾燥させて成形体を形成することができる。また、乾式成形法を用いる場合は、具体的には、透光部材を覆うように無機材料からなる光反射粉末を容器に充填し、光反射粉末を押圧することにより成形体を形成することができる。

本実施形態では、スリップキャスト法により成形体２ｄを形成している。具体的には、まず、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、複数の透光部材１を取り囲む枠体５０を支持部材４０の上面に配置する。次に、枠体５０の内側に光反射粉末を含むスラリー２ｃを塗布する。次に、スラリー２ｃに含まれる水分を石膏に吸わせる。石膏は水分を吸収する材料であるため、例えば室温で数時間程度放置すればよい。これにより、光反射粉末を含む成形体２ｄを形成している。このとき、透光部材１と成形体２ｄとは、完全に固着しているわけではないものの、一定の形に成形されている（以下、透光部材１と成形体２ｄとが一定の形に成形されたものを「複合体」という。）。スリップキャスト法を用いることにより、加圧せずに成形することができる。また、ドクターブレード法に比較してスラリーに含まれる有機物を少なくすることができる。これにより、成形密度を高くすることができるため、焼成時に光反射部材２にクラックが入る可能性を低減することができる。

枠体５０としては、離形性及び撥水性を有するものを用いることができる。これにより、枠体５０の内側面に成形体２ｄが固着することを低減することができる。また、スラリー２ｃに含まれる水分が枠体５０に吸水されることを抑制することができるため、枠体５０近傍における成形体２ｄの成形密度のむらを低減することができる。本実施形態では、フッ素樹脂からなる枠体５０を用いている。

本実施形態のスラリー２ｃは、酸化アルミニウム及び酸化イットリウムを含む光反射粉末、分散剤、結合剤、並びに純水を含んでいる。スラリー２ｃの厚みは透光部材１の厚みよりも大きいことが好ましい。すなわち、スラリー２ｃが透光部材１の側面のみならず上面まで被覆していることが好ましい。透光部材とスラリーとの厚みを同じにすることは難しいため、透光部材の厚みがスラリーよりも厚くなる場合がある。この場合、後に説明する得られた光学部品１０の一部を除去する工程において、研磨等の際に透光部材のみに力が加わるため透光部材が破損するおそれがある。そこで、本実施形態では、厚みを大きくすることで、透光部材１のみに力が加わることを抑制している。スラリー２ｃの厚みは光学部品１０の厚みに対して、２倍以上４倍以下とすることが好ましい。２倍以上とすることにより、透光部材１と成形体２ｄとの剥離を抑制することができるため、透光部材１及び成形体２ｄから支持部材４０を除去しやすくすることができる。また、４倍以下とすることにより、得られた光学部品１０の一部を除去する工程において、除去する光学部品１０の厚みを小さくすることができる。

（支持部材４０を除去する工程）
次に、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、透光部材１及び成形体２ｄから支持部材４０を除去する。透光部材１と支持部材４０とは樹脂により仮止めされているが、透光部材１の下面の面積は比較的小さい。また、透光部材１と成形体２ｄとはある程度一体的に成形されている。これらの理由により、加熱によって樹脂を軟下させたり、過度に力を入れて引っ張らなくとも透光部材１と支持部材４０とを分離させることができる。本実施形態では、支持部材４０の上面から枠体５０を除去し、その後、複合体を支持部材４０から外している。

（脱脂工程）
次に、複合体に含まれる有機物（分散剤及び結合剤）を除去するために、成形体２ｄを焼結する温度よりも低い温度で加熱する。脱脂工程は、例えば、窒素雰囲気や大気雰囲気で行うことができる。脱脂のための加熱は、確実に有機物を除去するために、３時間以上行うことが好ましい。本実施形態では、脱脂工程と成形体２ｄを焼結する工程とを別の工程で行っているが、成形体２ｄを焼結する工程において、低い温度で一定の時間脱脂を行い、そのまま温度を高くして成形体２ｄを焼結してもよい。なお、成形体２ｄを形成する工程において乾式成形法を用いる場合は、この工程は不要である。

（成形体２ｄを焼結する工程）
次に、光反射粉末の焼結体を含む光反射部材と透光部材とが一体に形成され、透光部材１及び光反射部材２を横切る一断面で、光反射部材２において透光部材１の近傍に複数の空隙が偏在するように成形体２ｄを焼結する。このような光反射部材２は、焼結温度や焼結時の加圧の程度で調整することができる。ここでは、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、成形体２ｄを押圧せずに焼結することにより、光反射粉末の焼結体と透光部材１とが一体になった光学部品１０を得る。これにより、第１領域２ａと、第２領域２ｂと、を透光部材１の側から順に有する光反射部材２を含む光学部品１０とすることができる。第１領域２ａ及び第２領域２ｂは以下の理由で形成されていると考えられる。成形体２ｄを焼結する際に、光反射粉末は近くにある他の光反射粉末と結合しながら収縮する。このとき、透光部材１から遠い領域においては光反射粉末が全周にあるため、光反射粉末同士が結合しやすく気孔ができにくいが、透光部材１の近傍領域においては光反射粉末が外側にしかないため、光反射粉末同士が結合することができず気孔ができやすくなる。押圧せずに焼結することにより、このように光反射粉末同士が離れた状態が維持されたまま焼結が完了するため、透光部材１の近傍においては光反射部材２の気孔率が高くなると考えられる。

蛍光体を含むセラミックスからなる透光部材１の周囲に、９５．２重量％の酸化アルミニウムと４．８重量％の酸化イットリウムとを含む光反射粉末を有する成形体２ｄをスリップキャスト法により形成し、その後押圧せずに焼結した光学部品１０を上面側から観察した二次電子像を図８Ａに示す。二次電子像を測定する際には、二次電子像を測定するために蒸着によりカーボン膜を形成している。図８Ａの第１領域２ａは、第１領域２ａに含まれる空隙に起因して第２領域２ｂよりも黒くなっている。また、図８Ｂに図８ＡのＡ領域のＳＥＭ画像を示し、図８Ｃに図８ＡのＢ領域のＳＥＭ画像を示す。図８Ｂでは透光部材１の近傍において気孔が多く存在しているのに対して、図８Ｃでは気孔がほぼなくなっている。これらの結果からわかるように、押圧することなく光反射粉末を焼結して光反射部材２を形成することにより、気孔率の異なる領域を有する光反射部材２を形成することができることを確認できた。

光反射性粉末として酸化アルミニウムを用いる場合は、焼結温度を、１２００℃以上１８００℃以下に設定することが好ましく、１４００℃以上１５００℃以下に設定することがより好ましい。１２００℃以上に設定することにより、光反射部材２としての強度を確保することができる。また、１８００℃以下に設定することにより、光反射部材２の透光性が高くなる可能性を低減することができる。

本実施形態では、大気雰囲気下で焼結している。焼結時間は、例えば、３０分以上５時間以下の範囲で設定することが好ましく、２時間以上４時間以下の範囲で設定することがより好ましい。３０分以上とすることにより、光反射部材２の強度を確保しやすくすることができる。また、５時間以下とすることにより、必要以上に焼結に時間をかけることを避けることができる。

（光学部品１０の一部を除去する工程）
この段階では、透光部材１の上面は光反射部材２で覆われている。そこで、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、透光部材１が露出するまで、光学部品１０の上面側から光学部品１０の一部を除去する。光学部品１０の一部を除去する方法としては、研磨等が挙げられる。本実施形態は、一方側からのみ除去しているが、透光部材１の下面及び光反射部材２の下面の付着物を除去するために、さらに下面側から光学部品１０の一部を除去してもよい。本実施形態では、透光部材１が多角柱状態であり、その角と接する部分には第１領域２ａが無い、又は、上方から見て角と接する部分の第１領域２ａの幅はそれ以外の部分の第１領域２ａの幅よりも狭い。なお、本工程は必ずしも必要ではなく、例えば、成形体２ｄを焼結する工程で透光部材１の上面が光反射部材２の上面から露出した光学部品が得られている場合は本工程を省略してもよい。

（個片化する工程）
次に、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、１つの光学部品１０が１つの透光部材１を含むように複数の光学部品１０に個片化する。例えば、ブレードを用いて複数の光学部品１０に個片化することができる。なお、本実施形態では、１つの光学部品１０が１つの透光部材１を含むように個片化しているが、１つの光学部品１０が複数の透光部材１を含むように個片化してもよい。また、本工程は必ずしも必要ではなく、例えば、成形体２ｄを焼結する工程又は光学部品１０の一部を除去する工程で所望の光学部品１０を得ることができている場合は、本工程を省略してもよい。

＜第２実施形態＞
図９に、第２実施形態に係る光学部品２０と発光素子６０とを組み合わせた発光装置１００の模式図を示す。光学部品２０は、次に説明する事項以外は、光学部品１０で説明した事項と実質的に同一である。

光学部品２０は、透光部材１の下面及び光反射部材２の下面の双方に、透光部材１側から順に絶縁膜５及びフィルタ４を介して、放熱部材３が設けられている。透光部材１の下面又は光反射部材２の下面の一方に放熱部材３を設けてもよいが、本実施形態のように、放熱性を考慮して両者に放熱部材３を設けることが好ましい。なお、透光部材１の上面及び光反射部材２の上面の少なくとも一方に放熱部材を設けることもできるが、本実施形態のように、透光部材１の下面及び光反射部材２の下面の少なくとも一方に透光性の放熱部材３が設けられていることが好ましい。透光部材１に放熱部材３を接合する際に、研磨等によって透光部材１の表面を平坦にする場合があるが、この場合に研磨等のレート差により光反射部材２の第１領域２ａが、透光部材１や第２領域２ｂよりも優先して除去されることがあり、その結果、第１領域２ａが部分的に凹んで、溝が形成されることがある。したがって、仮に、透光部材の上面及び光反射部材の上面の少なくとも一方に放熱部材を設けようとすると、光取出し側となる上方において、第１領域にできた溝から光が抜けるため輝度が低下するおそれがある。そこで、本実施形態のように、透光部材１の下面及び光反射部材２の下面の少なくとも一方に放熱部材３を設けることが好ましい。

光学部品２０においては、透光部材１で生じる熱を放熱部材３に排熱することができるため、透光部材１の劣化を低減することができる。

本実施形態では、フィルタ４として、発光素子６０からの光を透過しやすく、透光部材１の蛍光を反射しやすいものを用いている。本実施形態では、発光素子６０として青色光を発するものを用いており、透光部材１として青色光が照射されることにより黄色光を発する蛍光体を含むものを用いている。したがって、青色光を透過しやすく黄色光を反射しやすいフィルタ４を用いている。

本実施形態では、フィルタ４と透光部材１の下面及び光反射部材２の下面とは絶縁膜５を介して接合されている。本実施形態では、フィルタ４と透光部材１等とを表面活性化接合法により接合するために、透光部材１の下面および光反射部材２の下面を研磨している。このとき、透光部材１と光反射部材２と研磨レートの差により、透光部材１と光反射部材２との境目の近傍に溝ができる。溝があるまま表面活性化接合法を行うと、透光部材１と放熱部材３との間に隙間ができるため、放熱性が低下するおそれがある。このため、絶縁膜５で溝を埋めて、放熱性の低下を低減している。

本実施形態では、絶縁膜５として、酸化アルミニウムを用いている。この他にも、例えば、酸化ケイ素、酸化チタンを用いることができる。絶縁膜５は、放熱性の低下を抑制するために、溝を埋める程度の膜厚で形成することが好ましい。なお、本実施形態では表面活性化接合法によりフィルタ４と透光部材１とを接合しているが、原子拡散接合法を用いて接合してもよい。この場合は、フィルタの上面と透光部材の下面とにそれぞれ金属膜を形成し、金属膜同士を接合することにより、フィルタと透光部材とを接合する。

図９に示す発光装置１００では、発光素子６０としてレーザ素子（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ、ＬＤ）を用いている。ＬＤは、ＬＤからの光が光学部品２０に含まれる透光部材１を通過するように、光学部品２０と離間して配置されている。透光部材１として蛍光体を含む蛍光体セラミックスを用い、且つ、発光素子６０としてＬＤを用いる場合は、透光部材１からの排熱の必要性が増す。このため、放熱部材３を設けることによる排熱性向上の効果がより顕著となる。

＜第３実施形態＞
図１０Ａに、第３実施形態に係る光学部品３０と発光素子６０とを組み合わせた発光装置２００の上面図を示し、図１０Ｂに図１０Ａの１０Ｂ－１０Ｂ線における断面図を示す。光学部品３０は、次に説明する事項以外は、光学部品１０で説明した事項と実質的に同一である。

光学部品３０は、１つの光学部品３０に複数の透光部材１が含まれている。そして、光反射部材２は、各透光部材１の周囲に第１領域２ａを有し、その外側に第２領域２ｂを有している。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示す発光装置２００では、基板７０の上面に複数の発光素子６０が設けられている。発光装置２００では、発光素子６０として発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）が用いられている。そして、１つの発光素子６０の上面に１つの透光部材１が位置するように、複数の発光素子６０の上面に１つの光学部品３０が配置されている。また、発光素子６０の周囲には光反射性樹脂８０が配置されている。

発光装置２００では、１つの発光素子６０からの光が１つの透光部材１を通過するように配置しているが、２以上の発光素子からの光が１つの透光部材を通過するように光学部品及び発光素子を配置してもよい。

＜実施例＞
以下の製造方法により光学部品を作製した。まず、透光部材１として、短辺が５００μｍ、長辺が１０００μｍ、高さが６００μｍの直方体の蛍光体セラミックスを準備した。
蛍光体セラミックスとしては、ＹＡＧ蛍光体と酸化アルミニウムとを含む、焼結体からなる蛍光体セラミックスを用いた。

次に、スリップキャスト法により成形体２ｄを形成した。具体的には、以下の方法により成形体２ｄを形成した。まず、アクリル系の樹脂シートに蛍光体セラミックスを配置し、加圧することにより蛍光体セラミックスの下面にアクリル系の樹脂を転写した。そして、支持部材４０である石膏の上面に樹脂を介して蛍光体セラミックスの下面を仮止めした。そして、蛍光体セラミックスを取り囲むように、支持部材４０の上面に内径が３０ｍｍのテフロン（登録商標）リングからなる枠体５０を固定した。次に、透光部材１の上面が見えなくなるまで枠体５０の内側にスラリー２ｃを充填した。スラリー２ｃとしては、光反射粉末を７６．４％、分散剤を０．７％、結合剤を２．４％、純水を２０．５％含むものを用いた。光反射粉末は、９５．２重量％の酸化アルミニウムと、４．８重量％の酸化イットリウムと、を含む。また、分散剤はポリカルボン酸アンモニウム系の材料を含み、結合剤としてはアクリル系の材料を含む。そして、１晩放置して、スラリー２ｃに含まれる水分を石膏に吸わせることにより、成形体２ｄを形成した。つまり、蛍光体セラミックスと成形体２ｄとが一定の形に成形された複合体を形成した。

次に、枠体５０を外した後に、複合体を支持部材４０から外した。このとき、蛍光体セラミックスの下面と石膏とは接着剤により仮止めされているが、蛍光体セラミックスの下面の面積が比較的小さいため複合体を支持部材４０から外すことができる。そして、複合体を、窒素雰囲気下で７００℃で３時間加熱することにより脱脂した。次に、１４５０℃で２時間焼成した。これにより、蛍光体セラミックスと光反射部材２とが一体になっており、蛍光体セラミックスの側面及び上面が光反射部材２に覆われた光学部品を得た。次に、得られた光学部品を蛍光体セラミックスの上面が露出するまで上面側から研磨した。これにより、上方から見て、蛍光体セラミックスが光反射部材２に取り囲まれた光学部品が得られた。

得られた光学部品について、落射型の顕微鏡を用いて暗視野観察を行った写真を図１１に示す。図１１において、中心にある長方形の部材が透光部材１であり、その外側にあるのが光反射部材２である。光反射部材２において、黒色の部分が第１領域２ａであり、その外側の領域が第２領域２ｂである。図１１に示すように、第１領域２ａでは、気孔率が高いことから気孔に起因して影になって写る部分が多いために黒色に見えており、第２領域２ｂは気孔率が低いため影が少なく色が付いていないと考えられる。

各実施形態に記載の光学部品は、照明、車両用灯具等に使用することができる。

１…透光部材
２…光反射部材
２ａ…第１領域
２ｂ…第２領域
２ｃ…スラリー
２ｄ…成形体
３…放熱部材
４…フィルタ
５…絶縁膜
１０、２０、３０…光学部品
４０…支持部材
５０…枠体
６０…発光素子
７０…基板
８０…光反射性樹脂
１００、２００…発光装置

Claims (14)

1. 上面、下面及び側面を有する透光部材と、
   前記透光部材を取り囲むように前記透光部材の側方に設けられた光反射部材と、
   前記透光部材の下面及び前記光反射部材の下面に、直接又は間接的に設けられる透光性の放熱部材と、
   前記放熱部材と離れて、前記下面側に配置される発光素子と、を備え、
   前記光反射部材は、複数の空隙を含むセラミックスからなり、
   前記発光素子からの光が、前記透光部材及び放熱部材を通過するように、前記発光素子が配置されることを特徴とする発光装置。
2. 前記光反射部材は、前記透光部材の側面に接して設けられることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記透光部材は、蛍光体を含むセラミックス又は蛍光体の単結晶からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記放熱部材と前記透光部材の間に、前記発光素子の光を透過し、前記蛍光体の光を反射させるフィルタを含む請求項３に記載の発光装置。
5. 前記フィルタと前記透光部材の間に、絶縁膜を含む請求項４に記載の発光装置。
6. 前記光反射部材は酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 前記透光部材は、ＹＡＧ系蛍光体を含む蛍光体セラミックス又はＹＡＧ系蛍光体の単結晶からなることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
8. 前記光反射部材は第１領域と第２領域とを前記透光部材に近い側から順に有し、前記光反射部材の下面の一部である前記第１領域の下面は部分的に凹んだ溝を含む請求項１～７のいずれか1項に記載の発光装置。
9. 上面、下面、及び側面を有する透光部材を準備する工程と、
   前記透光部材を取り囲むように前記透光部材の側方に無機材料からなる光反射粉末を含む成形体を形成する工程と、
   前記光反射粉末の焼結体を含む光反射部材と前記透光部材とが一体に形成され、前記光反射部材において複数の空隙が存在するように前記成形体を焼結する工程と、
   前記透光部材の下面及び光反射部材の下面に透光性の放熱部材を配置する工程と、
   前記透光部材の下面側及び光反射部材の下面側に、前記放熱部材と離れるようにレーザ素子を配置する工程と、
   を有する発光装置の製造方法。
10. 前記成形体を焼結する工程において、前記成形体を押圧せずに焼結することを特徴とする請求項９に記載の発光装置の製造方法。
11. 前記成形体を形成する工程において、スリップキャスト法により前記成形体を形成することを特徴とする請求項９又は１０に記載の発光装置の製造方法。
12. 前記透光部材を準備する工程において、前記透光部材として、蛍光体を含む蛍光体セラミックス又は蛍光体の単結晶を準備することを特徴とする請求項９～１１のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
13. 前記透光部材を準備する工程において、複数の透光部材を準備し、
    前記成形体を形成する工程において、前記複数の透光部材それぞれを取り囲むように前記透光部材それぞれの側方に前記成形体を形成することを特徴とする請求項９～１２のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
14. 前記透光部材を準備する工程と前記成形体を形成する工程との間に、前記透光部材を支持部材に仮止めする工程であって、前記透光部材と前記支持部材との間に樹脂を設け、前記透光部材を前記支持部材に仮止めする工程を有し、
    前記成形体を形成する工程と前記成形体を焼結する工程との間に、前記透光部材及び前記成形体から前記支持部材を除去する工程を有することを特徴とする請求項９～１３のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。

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